本發(fā)明涉及計算材料學領域，尤其是一種預測鐵鎵稀土合金磁致伸縮性能的方法。

背景技術：

fega合金是繼傳統(tǒng)磁致伸縮材料(ni，fe-al等)和稀土超磁致伸縮材料之后出現(xiàn)的一種新型磁致伸縮材料。這種新型fega磁致伸縮材料，具有低飽和磁化場、較大的磁致伸縮系數(shù)、良好的加工性能以及低成本等綜合優(yōu)勢。但目前實際制備的fega合金磁致伸縮系數(shù)很低，還不足terfenol-d合金的1/3。fega合金屬于體心立方結(jié)構，通過設計摻入適量的ga原子，可以改變合金的切變彈性常數(shù)和磁彈性耦合常數(shù)，得到具有一定磁致伸縮特性的fega合金。合金晶體的磁各向異性對最終的磁致伸縮系數(shù)會產(chǎn)生極大的影響。增大各向異性能是提高磁致伸縮系數(shù)的重要途徑。在fega合金中，摻入適量的稀土元素，能夠增大合金的磁各向異性能，提高其磁致伸縮系數(shù)。

提高合金磁致伸縮系數(shù)的傳統(tǒng)方法，通常是根據(jù)合金的成分，推斷可能提高磁致伸縮系數(shù)的化學元素，或模仿現(xiàn)有文獻進行追蹤，從而對fega合金進行摻雜改性。合成這種合金后，再進行材料性能測試和效果分析評價。這種炒菜式的材料設計方法，往往缺乏理論計算支撐，難以得到最佳的成分配方，且合成效果不穩(wěn)定，浪費大量的時間和研究研發(fā)資源。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種預測鐵鎵稀土合金磁致伸縮性能的方法，可以用來指導提高fegare合金磁致伸縮系數(shù)的摻雜改性工藝，具有成本低、方法可靠的優(yōu)點，也可以推廣到其它fe基磁致伸縮材料的配方設計研究中。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種預測鐵鎵稀土合金磁致伸縮性能的方法，它包括以下步驟：

結(jié)構建模；

確定晶格常數(shù)；

價電子結(jié)構計算；

確定單鍵半距和共價電子對數(shù)；

磁致伸縮性能預測。

優(yōu)選的，所述的結(jié)構建模包括：用x表示ga含量，y表示re含量，i表示鍵數(shù)，d(n)表示實驗鍵距，a表示晶格常數(shù)，r(1)表示單鍵半距，表示經(jīng)驗理論鍵距，nc表示共價電子數(shù)，na表示a鍵共價電子對數(shù)，s表示等效原子數(shù)，σ表示雜階，r表示任意鍵與a鍵的共價電子對數(shù)之比。

優(yōu)選的，所述單鍵半距和共價電子數(shù)是根據(jù)雜階來選擇的。

優(yōu)選的，無序固溶體中的主要鍵數(shù)由沿(111)方向的最短鍵a和沿(100)方向的次短鍵b構成，根據(jù)a～y關系曲線，提取晶格常數(shù)。

優(yōu)選的，所述的價電子結(jié)構計算包括：

選擇fe、ga雜化臺階分別確定其單鍵半距和共價電子數(shù)；

計算fega合金價電子結(jié)構；

計算fegare合金價電子結(jié)構。

優(yōu)選的，所述的計算fega合金價電子結(jié)構，選擇fe、ga的雜化臺階，根據(jù)ga的原子百分比，用fega合金的實驗晶格常數(shù)，計算鍵距差δd，最終計算出合金的單鍵半距和a、b鍵的鍵共價電子對數(shù)。

優(yōu)選的，所述的計算fegare合金價電子結(jié)構，選擇fe、ga、re雜化臺階，根據(jù)ga、re的原子百分比，用fegare的晶格常數(shù)，計算鍵距差δd，最終計算出fegare合金的單鍵半距和a、b鍵的鍵共價電子對數(shù)。

優(yōu)選的，所述的鍵距差δd需滿足：

優(yōu)選的，所述的磁致伸縮性能預測具體為：單鍵半距越大，鍵共價電子對數(shù)越小，合金的磁致伸縮系數(shù)越大；并判定該系列合金的最佳配方。

本發(fā)明的有益效果是：該方法能給出價電子結(jié)構與晶體材料性能之間的關系。本發(fā)明用經(jīng)驗電子理論得到的價電子結(jié)構來預測fegare合金的磁致伸縮性能和最佳的合金配方，其計算結(jié)果可以用來指導鐵基合金的稀土摻雜改性，得到理想的磁致伸縮性能，具有周期短，成本低的優(yōu)勢。該方法也可以通過調(diào)整價電子結(jié)構參數(shù)用于其它鐵基立方晶系材料的磁致伸縮性能研究。

附圖說明

圖1為一種預測鐵鎵稀土合金磁致伸縮性能的方法流程圖；

圖2為用經(jīng)驗電子理論計算fegace合金ce的摻入量與單鍵半距的關系；

圖3為實際測試得到合金的摻入不同ce后的磁致伸縮系數(shù)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。

實施例1：

如圖1所示，一種預測鐵鎵稀土合金磁致伸縮性能的方法包括：

結(jié)構建模：用x表示ga含量，y表示re含量，則鍵數(shù)i和鍵距d(n)等一系列參數(shù)可表示如下：

lgrb＝δab，δab＝[d(na)-d(nb)]/β

式中，i—鍵數(shù)，d(n)—實驗鍵距，a—晶格常數(shù)，r(1)—單鍵半距，—經(jīng)驗理論鍵距，nc—共價電子數(shù)，na—a鍵共價電子對數(shù)，s—等效原子數(shù)，σ—雜階，r—某鍵與a鍵的共價電子對數(shù)之比。

確定晶格常數(shù)：先選取摻入稀土ce量為0～2at％的3～4個配方，實驗得到其晶格常數(shù)，并得到合金晶格常數(shù)與ce含量的a～y關系曲線，供后續(xù)根據(jù)ce的含量選擇晶格常數(shù)a。

泡林系數(shù)β：取

單鍵半距r^s(1)：根據(jù)雜階選擇。

共價電子數(shù)nc：根據(jù)雜階選擇。

價電子結(jié)構計算：選擇fe、ga雜化臺階分別確定其單鍵半距和共價電子數(shù)，分別計算fega合金價電子結(jié)構和fegare合金價電子結(jié)，具體為：

fe81ga19合金價電子結(jié)構計算：首先計算fe81ga19合金的價電子結(jié)構。晶格常數(shù)fe取9階，ga取7階，經(jīng)過計算，此時可得到最小誤差。得到合金的單鍵半距鍵共價電子對數(shù)na＝0.3825，nb＝0.0815。

fe80.7ga19ce0.3合金價電子結(jié)構計算：加入0.3at％ce后，晶格常數(shù)fe取9階，ga取7階，ce取7階，經(jīng)過計算，此時可得到最小誤差。得到合金的單鍵半距鍵共價電子對數(shù)na＝0.3822，nb＝0.0854。

fe80.3ga19ce0.7合金價電子結(jié)構計算：加入0.7at％ce后，晶格常數(shù)fe取9階，ga取7階，ce取7階，經(jīng)過計算，此時可得到最小誤差。得到合金的單鍵半距鍵共價電子對數(shù)na＝0.3819，nb＝0.0851。

fe80ga19ce1合金價電子結(jié)構計算：加入1at％ce后，晶格常數(shù)fe取9階，ga取9階，ce取7階。ga的雜化臺階變大，說明過多的ce對ga影響較大。經(jīng)過計算，此時可得到最小誤差。得到合金的單鍵半距鍵共價電子對數(shù)na＝0.4058，nb＝0.0910。

磁致伸縮性能預測：根據(jù)上述計算可知，在ce摻入量為0.7at％時，合金的單價半距最大，而在a鍵(111)和b鍵(100)方向上的鍵共價電子對數(shù)最小，此時合金應具有最大的磁致伸縮系數(shù)。即ce摻入量為0.7at％時，具有最佳的磁致伸縮性能。經(jīng)測試，摻入ce量為0、0.3、0.7和1at％時，其磁致伸縮系數(shù)分別為25、29、35和20ppm，如圖2和圖3所示，與計算十分吻合。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構想范圍內(nèi)，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內(nèi)。